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この報告書は、添付されたシナプス前boutonsを保持する個々の実行可能な神経細胞の機械的な分離のためのテクニックを示しています。 Vibrodissociatedニューロンは、隣接セルからの影響のない急速な生産、優れた薬理学的制御と空間のクランプの改善の利点を持っている。このメソッドは、シナプスの要素のイメージングやパッチクランプ記録に使用することができます。
中枢神経系から神経細胞の機械的な解離は、シナプス前boutonsは関心の分離されたニューロンに接続されたままという利点があります。これは細胞外とシナプス後細胞内環境を良好に制御することができる条件下でのシナプス伝達の検査が可能になります。 vibrodissociationとして知られているプロテアーゼの使用せずに振動ベースの技術は、機械的な分離のための最も人気のあるテクニックです。小さなボール状にファイアーポリッシュ先端とマイクロピペットは、P1 - P21齧歯類から作られる脳のスライスに置かれます。マイクロピペットは、スライス面に平行に振動し、分離されたニューロンの解放をもたらすスライスの厚さによって低下する。分離されたニューロンはvibrodissociationの数分以内に研究のための準備が整いました。細胞外環境の優れた制御隣接セルの影響から自由;適合電気生理学とイメージングの研究に適した実行可能な、比較的成熟した神経細胞の急速な生産:このテクニックは、などの一次ニューロン培養、脳スライスと酵素的に分離された神経細胞の使用上の利点があります。迅速な薬剤のアプリケーションおよび総細胞灌流を用いて十分に制御された薬理学的実験のため、およびスライスまたは細胞培養調製物中の神経細胞への相対的な細胞全体のレコーディングにおける空間クランプ改良。この製剤は、シナプス生理学、薬理学、変調と可塑性を調べるために使用することができます。生きている細胞とboutonsでプリとシナプス後要素の両方のリアルタイムイメージングはvibrodissociatedニューロンを用いても可能です。プリとシナプス後要素の分子成分のキャラクタリゼーションは、免疫学とイメージングベースのアプローチで達成することができる。
1。炎シールガラスのマイクロピペットの準備
2。 P1 - P21ラットまたはマウスの脳スライスを準備
3。 Vibrodissociation
4。電気生理学的記録
5。イメージングシナプス前終末
6。代表的な結果:
Vibrodissociatedニューロンの自発及び電流注入誘発射撃
典型的なvibrodissociated海馬のCA1錐体ニューロンからの記録は、図4Aに示されています。自発的なオーバーシュートの活動電位は、ラット基底外側扁桃体、海馬とVTA 1,5から解離錐体ニューロンで観察することができます。十分な大きさの分極電流は強い電流注入に対する応答の中程度の電流レベルと非収容活動電位を持つ典型的な遅延発火パターンとオーバーシュートの活動電位を誘発しながら、電流注入を過分極CA1錐体細胞からの中に、現在のクランプ記録は、(典型的な電圧の応答を生成する図4B)。
Vibrodissociatedニューロンにおける自発的とミニチュアGABA作動性抑制性シナプス後電流
塩化セシウムベースの細胞内液との電圧クランプ記録中に、自発的なシナプス電流(図5A)が観察されています。これらのイベントは、低カルシウム含有溶液2,6で除去され、そしてほとんどの神経細胞の種類に完全にGABAなどビククリンやgabazine(図5B、C)のような受容体拮抗薬は、これらのGABA放出と活性化により媒介sIPSCsであることを示すことによって、ブロックされるこのイオンチャネル型受容体サブタイプの。しかし、このような基底外側扁桃体2と腹側被蓋野5,7、GABA受容体遮断などの脳領域からの主ニューロンにおけるAMPA型受容体のグルタミン酸作動性活性化により媒介される期間が短いのEPSCsを明らかにする。興味深いことに、ほとんどの毒素感受性の電位依存性ナトリウムチャネルの遮断に特異的な濃度でTTXのアプリケーションは、いくつかの脳領域(図6A)2,4,7からvibrodissociatedニューロンで観察sIPSCsの周波数と振幅を低減します。このように、ナトリウムチャネル活性は、ピンチオフシナプスboutonsでGABA放出に参加しています。本格的なナトリウムの活動電位は、これらの端子に発生した場合、それはまだ明らかではない。それはしっかりと密封されて1μMの直径の軸索端子の入力抵抗がよくGΩ範囲内である可能性が高いことは注目に値します。このように、ナトリウムチャネルの小さな数からオープンにすることによって、励起分泌カップリングを媒介するカルシウムチャネルを活性化するための端子を脱分極するのに十分かもしれません。これらのカルシウムチャネルをテーマに、証拠は、NとP / Q型チャネルは海馬CA1および他の8からvibrodissociated製剤におけるGABA作動端子でのリリースに参加することを示唆している。
神経伝達物質と受容体の数によって変調し、伝送の可塑性はvibrodissociatedニューロンの3,4,9を使用して検討されている。そのような調節作用を有することが示されて神経伝達物質は、アデノシン、GABA、セロトニン、内在性カンナビノイド、など2,6,10,11,12です。さらに、そのような抑制(DSI)の内因性カンナビノイド依存脱分極による抑制などの短期シナプス可塑性は、またこの準備2,11に記載されている。これらの知見は、内因性の神経修飾物質による受容体を介したおよびtrans -シナプス伝達の多くの形態がvibrodissociated準備で無傷であることを示している。
Vibrodissociated準備中のカルシウムトランジェントと軸索終末の小胞リリース
上記の記述EMCCD装備倒立顕微鏡を使用して、我々はvibrodissociatedニューロン-ブートンの準備にシナプス前終末のカルシウムトランジェントを検討した。図2は、海馬のCA1錐体ニューロンにおけるAM -エステルであるFluo - 4およびその後のシナプス後色素希釈を持つセルの負荷を示しています。自発的カルシウムトランジェントは、図6Bに関心の領域(ROI)として示されているいくつかの色素で満たされたboutonsで観察される。 1μMのテトロドトキシン(TTX)のアプリケーションは、それらがその後のカルシウムの上昇につながる、自発的にboutonsで活性化される電位依存性ナトリウム電流の活性化によって媒介されていることを示す、これらの自発的なトランジェントを除去します。シナプス前終末(図7A)に対応するROIをで測定されるように、高速溶液交換して40mMのに10mMから外KClを大きくすると、蛍光増生成します。シナプス後ニューロンから同時記録はsIPSCsを監視し、イベントの頻度が高K +脱分極(図7B)増加しているかどうかを確認するために使用されます。
我々はsynaptopHlourinがTHY1プロモーターの制御下に構築発現するマウスを使用しているシナプス前boutonsにおける小胞融合を視覚化へ(spH21マウスのラベル)。黄道pHlourin(拡張されたpH感受性を持つGFP変異体)12を膜タンパク質(VAMP2)13に関連する小胞にリンクされている分子構造のSynaptopHluorin。この構成は、比較的酸性の環境では蛍光消光する小胞の内腔にpHlourinモチーフをsituates。小胞融合時に、このモチーフは、小胞/シナプス前終末に対応していることに涙点における蛍光の結果がより高く、より中立的な細胞外環境にさらされている。 spH21マウスから海馬ニューロンのVibrodissociationは、GABA作動性の端末(図8A)のために予想されるサイズと位置の蛍光涙点の可視化が可能になります。これらの端子の蛍光外液の増加を含む、そしてこの効果は細胞外カルシウムが0.2mm(図8B)に還元される外部溶液の存在下でブロックされている-高K +のアプリケーション。従って、蛍光の脱分極誘発性の増加はニューロン-ブートンの準備のGABA作動性シナプスで興奮分泌連関を反映するように表示されます。
ニューロン - 神経繊維末端の準備の軸索末端にシナプス前カルシウムトランジェントと小胞融合を測定する能力は、私たちは興奮分泌連関とエキソサイトーシス/エンドサイトーシスに関与するシナプスメカニズムの虐待とシナプス可塑性の神経修飾物質、薬剤の効果を調べることができます。これらの技術はまた、シナプス前機能とモジュレーション/可塑性における特定のタンパク質の役割を調べるために他の分子ツールと遺伝子改変マウスと組み合わせることができます。
図1海馬CA1領域からVibrodissociatedニューロン()DICの合併のイメージGAD65マウスからND緑色蛍光画像。 DIC画像は明らかにsynaptophluorin(spH21)マウスから(B)蛍光画像の緑の端子の場所を表示するためにマージされます。バー=10μmのスケール
図2カルシウムインジケーターローディングの手順:(A)全細胞がAM -エステル色素がロードされている、(B)ホールセル記録では、色素希釈、(C)端子は、関心領域(矢印)として可視化する。。
図3。vibrodissociatedニューロンのシナプス前終末における同時ホールセル記録し、カルシウムイメージングのための実験セットアップの模式図。 EMCCD =電子は、電荷結合素子を乗じて。
vibrodissociated CA1ニューロンから()自発的な活動電位と(B)膜電位応答がCA1のニューロンからの電流クランプ記録で、現在の注射を過分極と脱分極することを示す4。代表波形図 。
図5()CA1錐体ニューロンからの自発性IPSCの代表波形。またはビククリン(20μM、C)、(BC)性IPSCはgabazine(B 10μM)のどちらかによってブロックされました。
図6。TTXは、自発的なGABA作動性シナプス伝達を阻害し、vibrodissociated海馬準備にシナプス前カルシウムトランジェントを除去します。 TTXのアプリケーションの実行前および実行中に、vibrodissociatedニューロンから(A)録音。周波数とsIPSCsの振幅の減少に注意してください。 (B)TTXのアプリケーションの実行前および実行中に、vibrodissociatedニューロンにみたFluo - 4 -ロードされたシナプス前終末で観測されたカルシウムトランジェントを。トランジェントの完全な損失に注意してください。
図7。同時カルシウム指示薬のイメージングと高K +刺激の効果を示すsIPSCホールセル記録。 (A)蛍光はみたFluo - 4AMの染料でロードされたシナプス前神経繊維末端から経時的に測定。 (B)、高K +アプリケーション中のsIPSC周波数と振幅の同時増加を。
図8。Ca 2 +依存性の高K +応答海馬CA1領域からspH21錐体ニューロンのシナプス前boutonsインチvibrodissociatedニューロンの(A)蛍光画像。 (B)、高K +アプリケーション(黒のバーで示される)私たちの通常の細胞外Ca 2 +含有溶液(2 mMのCa 2 +の )の存在下で蛍光の持続的な増加をもたらした。は蛍光の増加は、低細胞外Ca 2 +(0.2mMのCa 2 +)の時に観察されなかった。グラフ内のデータは、事前に高K +蛍光レベルに正規化、および3 boutonsから平均的な応答を示していた。
成功vibrodissociationはスライスが健康な神経細胞が含まれているし、間質の神経細胞が毒性損傷を与えることなくスライスを終了するのに十分な柔軟性であることが必要です。健全なスライスが成人の脳スライスで発見されているよりも少ないグリア/ interstiatial材料で作ることができるとき、したがって、技術は、出生後早期年齢(P1 - 21)で最適に動作します。我々の経験では、しかし、スライス自体のニューロンの生存のためのスライス標本を最適化することvibrodissociation技術のための逆効果かもしれません。我々は日常的にショ糖がvibrodissociationのために準備+、スライスが私たちの通常記録のACSFで(例えばカット)を調製することができる細胞外のNa +とCa 2の多くのために置換されたコールド変更したACSFを使用してその場の記録でのスライスを用意するのに対し。スライス自体の個々のニューロンからの記録のためにスライスを作成するときに我々はまた、Cだけのセクショニング後に35℃で通常のACSFでスライスを配置し、室温に戻す前に、この温度で30〜60分間のためにそれらを残す。しかし、vibrodissociationのために準備のスライスは、単にスライスした後、室温に即座に移動されます。これらの手順は、ニューロンがより容易にスライス自体から緩い動揺することができる会社間質組織の不足のため、おそらくvibrodissociation後の健康なニューロン、高収率を提供しています。我々が日常的に特定の日に私たちの記録とイメージング実験のための十分な神経細胞を得ることとして我々は徹底的に、スライスの調製条件を検討していない。それは、スライス厚やpreincubatonの手続きの変更などの追加修正は、、健康な神経細胞の収率を高めるために行われる可能性があります。非常に軽度のプロテアーゼ処理は、セルの歩留まりを向上させ、高齢動物で動作するように技術を得るための努力で試みられている。しかし、いつもにも軽度のプロテアーゼ処理は、シナプスの機能を混乱させるようだ。このように、間にプロテアーゼおよび機械的解離の組み合わせは、まだそれが日付に前脳ニューロンの信頼性が実証されていない動作するように見つけることができる。
それはvibrodissociation後の健康な神経細胞の比較的低い収率はテクニックが豊富な神経細胞サブタイプ、主に投射ニューロンを研究するために主に有用であることを意味するにも留意すべきである。小さな神経細胞サブポピュレーションを容易に識別可能なGFP発現マウスの可用性は、これらのまれな神経細胞を研究の可能性が高まります。神経細胞の収率が大幅に向上させることができる場合を除きしかし、これらのニューロン上のデータの蓄積が相対的に遅くなる可能性があります。
いくつかのステップは、カルシウム感知染料による神経細胞のロードが成功のために不可欠であることが証明されている。 AM -エステル化された色素への暴露は、37 ° Cで行われ、そして我々はより低い温度で色素負荷しようとするに成功していない。染料の濃度は、それが色素ローディングのそれより高い濃度がシナプス前boutonsでカルシウム濃度を低下させる表示されるので、ロード時間と温度の両方を考慮して最適化する必要があります。我々はより高い濃度でロードすると、周波数とsIPSCsの振幅を減少させることを観察した。小さなシナプス前boutonsの緩衝能力は相馬では異なる可能性があるとboutonsのサイズが一致していないので、カルシウム感知vibrodissociatedニューロンのシナプス前終末に染料をロードする場合、注意が必要です。ニューロンを含む料理は、色素ローディング、以下のHEPES緩衝外部溶液で洗浄し、洗浄後の回復時間が非常に重要ですしている。さらに、細胞全体の記録のための良好なシールを作るために、細胞は、外側の細胞膜からの非内部化色素分子を取り除くために徹底的に洗浄する必要があります。
電気生理学および生細胞イメージングのためのvibrodissociated神経細胞の使用に加えて、免疫細胞化学的手法はこれらの細胞11,12に適用することもできます。細胞は容易に固定し、抗体の多様、および他の細胞のマーカーで染色することができます。これらの細胞の使用は、GABA作動性シナプス前終末でのタンパク質発現の可視化のためのクリーンな準備を提供します。 GABA作動性ニューロンに特異的プロモーターの制御下に蛍光タンパク質を発現するマウスを使用すると、捜査官がvibrodissociated準備(図1)で個々のシナプス端末を識別することができます。このタイプのイメージング蛍光マーカーは、レーザーベースの顕微鏡とSTEDのような新しいテクニック(刺激の排出枯渇顕微鏡)を用いて端末の形態学的測定を可能にすることができる。シナプス小胞サイクリングを報告する色素で可視化は、この準備でも可能です。赤池らは、生きた細胞4の端子を視覚化するスチリル色素、FM1 - 43でGABA作動端子ラベルを貼っている。
またvibrodissociatedでプロファイルRNA発現する単一セルの逆転写酵素PCRを行うことができるはずですニューロン。このテクニックは、日常的に細胞培養で増殖させた酵素的に解離ニューロンとニューロンに適用されます。
我々は、博士に感謝します。書かれた原稿の書式設定の支援のための初期の技術の集合まで、および博士ヴェロニカアルバレス中に彼らの援助のためのping Jun朱と進小山。この研究は、NIAAAの学内臨床と医学研究の部門によって資金を供給された。
Name | Company | Catalog Number | Comments |
アイテム | 会社 | カタログ# | コメント |
振動組織スライサー | ライカマイクロシステムズ株式会社 | VT1200S | |
細胞培養用ディッシュ(35 mm)に | BDファルコン | 353001 | |
ガラスボトムディッシュ | Willco皿 | GWSB - 5040またはGWSB - 3522 | イメージングのための0.16〜0.19ミリメートルのガラスの厚さ |
圧電マニピュレータ | EXFO -バーレイ | LSS - 3000 | また、リレーなどを使用することができます |
SD9スクエアパルス刺激 | グラステクノロジー | SD9K | 圧電マニピュレータをトリガするための |
解剖ステレオスコープ | ワイルドHeerbrugg | TYP 374590 | また、任意のステレオスコープを使用することができます |
/ブラウンマイクロピペットプラーフレイミング | サターのインストゥルメント | P - 97 | |
薄い壁ガラス管 | 世界の精密機器 | TW - 150F - 4 | 火炎密封したガラスマイクロピペットとパッチマイクロピペット用 |
6チャンネルの潅流バルブコントロールシステム | ワーナーインスツルメンツ | VC - 6またはVC - 6M | |
灌流ファーストステップ | ワーナーインスツルメンツ | SF - 77B | |
20 - 63x目標と倒立顕微鏡 | ニコン | TS200 Diaphot | |
EMCCDカメラ | アンドールテクノロジー | IXON EM + DU - 888 | |
エキサイト蛍光照明光源 | EXFOフォトニクスソリューション(株) | X - Citeの120PC | |
カルシウム指示薬回答にみたFluo - 4、 | 分子プローブ | F14201 |
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